Szkło:
1. 2 zlewki szklane 150 cm3
2. kolba stożkowa z korkiem 100 cm3
3. cylinder 100 cm3
4. kolba okrągłodenna 100 cm3
5. dipol magnetyczny
6. łopatka
7. rozdzielacz 100 cm3
8. pipeta 10 cm3
9. naciągarka do pipet
10. gumowa podstawka pod kolbkę
Odczynniki i roztwory:
1. 50 % wodny roztwór chlorku didecylodimetyloamoniowego
2. tetrafluoroboran sodu
3. chloroform
4. 0,1 M azotan(V) srebra
5. bezwodny siarczan(VI) sodu
6. wodorotlenek sodu o stężeniu 1 mol/dm3
7. błękit bromofenolowy 0,2% roztw. metanolowy
8. tetrafenyloboran sodu o stęż. 0,01 mol/dm3
1. Cel ćwiczenia:
Celem ćwiczenia jest teoretyczne zapoznanie się z metodami syntezy i analizy cieczy jonowych oraz praktyczne otrzymanie tetrafluoroboranu didecylodimetyloamoniowego, a następnie oznaczenie procentowej zawartości produktu za pomocą ekstrakcyjnego miareczkowania.
2. Przebieg ćwiczenia:
W zlewce o poj. 150 cm3 umieścić 10g 50% roztworu chlorku didecylodimetyloamoniowego i dipol magnetyczny. W drugiej zlewce rozpuścić w 30 cm3 wody stechiometryczną ilość tetrafluoroboranu sodu z 10% nadmiarem. Otrzymany roztwór soli nieorganicznej wlać przy intensywnym mieszaniu do roztworu czwartorzędowego chlorku amoniowego. Reakcję prowadzić 20 minut w temperaturze pokojowej. Następnie do mieszaniny reakcyjnej dodać 30 cm3 chloroformu, wymieszać i rozdzielić warstwy. Warstwę organiczną przemywać kolejnymi porcjami wody (po 30 cm3) aż próba z azotanem(V) srebra nie będzie wskazywała na obecność chlorków. Wtedy warstwę organiczną przelać do kolby stożkowej i suszyć 15 min.
nad Na2SO4. W kolejnym etapie zdekantować roztwór do kolby okrągłodennej i odparować chloroform na wyparce obrotowej. Otrzymaną ciecz jonową zważyć, zmiareczkować, a następnie obliczyć wydajność uwzględniając zawartość procentową otrzymanego produktu.
3. Miareczkowanie cieczy jonowej:
Oznaczenie procentowej zawartości cieczy jonowej prowadzi się według metody ekstrakcyjnego miareczkowania stosując następujące odczynniki:
-
chloroform;
-
wodny roztwór wodorotlenku sodu o stężeniu 1 mol/dm3 (pH ≥ 13);
-
błękit bromofenolowy w postaci 0,2 % roztworu w metanolu, jako wskaźnik;
-
tetrafenyloboran sodu w postaci wodnego roztworu o stężeniu 0,01 mol/dm3 jako titrant.
Kation amoniowy tworzy rozpuszczalny w chloroformie niebieski kompleks ze wskaźnikiem.
W czasie miareczkowania zachodzi reakcja wymiany jonowej pomiędzy titrantem a kompleksem zawierającym kation amoniowy i anion błękitu bromofenolowego, w wyniku której, wytrąca się para jonowa w postaci tetrafenyloboranu didecylodimetyloamoniowego.
Wypierany anion błękitu bromofenolowego z kompleksu nie rozpuszcza się w chloroformie, przechodzi natomiast do fazy wodnej tworząc fioletowy kompleks.
2
miareczkowania
wyznaczony
jest
całkowitym
odbarwieniem
warstwy
chloroformowej (dolnej) i zabarwieniem się na kolor fioletowy warstwy wodnej (górnej).
Sposób prowadzenia analizy:
Do suchej kolbki stożkowej o poj. 100 ml wprowadza się odważkę analityczną o dokładnie znanej masie (około 0,1 g), a także 15 ml chloroformu (cylindrem), 10 ml wodnego roztworu NaOH (pipetą) i 6 kropli wskaźnika.
Następnie do kolbki należy dodawać stopniowo wodny roztwór tetrafenyloboranu sodu.
Kolbę z miareczkowanym związkiem należy co jakiś czas zamykać korkiem i intensywnie wstrząsać. Miareczkowanie prowadzić aż do całkowitego odbarwienia dolnej warstwy chloroformowej i zabarwienia na kolor fioletowy warstwy wodnej.
Procentową zawartość cieczy jonowej w miareczkowanej próbce należy obliczyć według wzoru:
C
TFB·VTFB·M
X=
·100 [%]
1000·mnaw.
w którym:
CTFB – stężenie roztworu tetrafenyloboranu sodu [mol/dm3]
VTFB – objętość roztworu tetrafenyloboranu sodu, zużyta na zmiareczkowanie badanej próbki
[cm3]
M – masa molowa związku [g/mol]
mnaw. – masa naważki badanego związku [g]
4. Opracowanie wyników:
Opracowanie wyników powinno zawierać równanie reakcji, obliczenia stechiometryczne, zawartości procentowej produktu, wydajności syntezy oraz wnioski.
5. Zagadnienia teoretyczne:
Metody otrzymywania cieczy jonowych.
Rodzaje i zastosowanie cieczy jonowych.
Metody oznaczania cieczy jonowych.
3
[1] J. Pernak, Ciecze jonowe. Związki na miarę XXI wieku, Przem. Chem. 2003, 82, 521
[2] J. Pernak, Ciecze jonowe, Prace Naukowe Akademii Ekonomicznej, 1041, Wyd.
Akademii Ekonomicznej, Wrocław 2004
[3] J. Pernak, Ciecze jonowe jako związki wielofunkcyjne, Przem. Chem. 2010, 89, 1499
[4] M. Kosmulski, B. Tendaj, Niskotemperaturowe ciecze jonowe – ciekawostka laboratoryjna czy zapowiedź rewolucji technologicznej? Cz. I. , Przem. Chem. 2001, 80, 280
[5] M. Kosmulski, K. Marczewska-Boczkowska, Cz. Saneluta, Niskotemperaturowe ciecze jonowe – ciekawostka laboratoryjna czy zapowiedź rewolucji technologicznej? Cz. II.
Przem. Chem. 2002, 81, 106
[6] M. Kosmulski, Cz. Saneluta, K. Marczewska–Boczkowska, Niskotemperaturowe ciecze jonowe – ciekawostka laboratoryjna czy zapowiedź rewolucji technologicznej? Cz. III., Przem. Chem. 2002, 81, 234
[7] Wang D. H., Weng H. S., Chem. Eng. Sci. 1995, 50, Nr 21, 3477
[8] Cross J. T., Analyst, 1965, 90, 315
4